磁铁会吸引铁,这是一种众所周知的现象,相信大师都已经尝试过用磁铁去接近其他的金属,看看磁铁能不能对其发生吸引力,但是“尝试成果”常常是使人失望的,由于金、银、铜这些常见的金属,底子就不会被磁铁吸引。 金银铜铁都是金属,为什么磁铁只会对铁发生吸引力呢?这需要从原子的内部机关讲起。 我们晓得,原子是由原子核以及电子组成,其华夏子核带正电,而且存在着自旋,而电子带负电,而且电子在自旋的同时还会在原子核外的空间中活动,按照麦克斯韦方程,变化的电场会发生磁场,是以原子核和电子就会发生细小的磁场。 相对而言,电子发生的磁场强度比原子核高很多,一般都可以到达1000倍,是以一个原子能不能在整体上表示出磁性,实在取决于原子内部的电子所发生的磁场在叠加上后的结果。 在原子的内部,电子的排布是很是有纪律的,我们可以将其简单地了解为,原子核外存在着多少个“壳层”,越接近原子核的“壳层”,其能级就越低,而电子总是会趋向于添补能级更低的“壳层”。 每一个“壳层”都只能包容特定数目的电子,所以当最低能级的“壳层”填满以后,其他的电子就会去添补其外侧的“壳层”,假如这一层也填满了,其他的电子就只能去添补更外侧的“壳层”…… 按照量子力学的描写,在填满电子的“壳层”当中,电子总是会成对地排布,但由于“泡利不相容道理”的限制,它们不被答应处于完全不异的状态,在这类情况下,它们所发生的磁场偏向就是相反的,其叠加结果就是“相互抵消”。 是以可以说,假如一个原子想要在整体上表示出磁性,其最里面的“壳层”就不能是满电子状态,而在已知的众多元素中,只要一部分才能满足这个条件,比如说元素周期表中的“过渡元素”(transition elements)。 可以看到,金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)等金属元素与铁(Fe)一样都是“过渡元素”,那为什么恰恰只要铁会被磁铁吸引呢?我们接着看。 当铁原子构成晶体的时辰,相邻铁原子的电子之间会存在着一种被称为“交换交互感化”(exchange interaction)的特别量子效应,其发生的结果就是:使相邻铁原子的磁场偏向依照大致不异的偏向排列。 由于这类量子效应只能使原子磁场的偏向“大致不异”,是以假如铁原子的数目太多,它们就只能构成一小块一小块的“原子磁场偏向根基分歧”的地区,这类地区就被称为“磁畴”(Magnetic Domain)。 现实上,常见的铁质物品都是属于“原子数目太多”这样的情况,究竟铁原子实在是太小了(区区1立方厘米的铁块里包括的铁原子数目就有大约8.5 x 10^22个),所以我们可以简单地以为,常见的铁质物品中实在包括了大量的“磁畴”。 在绝大大都情况下,大量的“磁畴”聚集起来,各个“磁畴”的磁场偏向在整体上并不能连结分歧,因而它们的叠加结果就会“相互抵消”,所以常见的铁质物品凡是也不会表示出磁性。 但“磁畴”有一个重要的特点,那就是它们的磁场偏向很轻易遭到外界磁场影响,是以在铁质物品接近磁铁的时辰,其内部的众多“磁畴”的磁场偏向就会由于遭到磁铁磁场的影响而变得“整洁齐截”,进而在宏观层面上表示出磁性,这也被称为“磁化”。 在被“磁化”以后,铁质物品和磁铁之间就会发生电磁相互感化,并是以而相互吸引,因而就出现了“铁会被磁铁吸引”这类现象。 除了铁、镍、钴等少少数元素之外,其他的绝大部分“过渡元素”(包括金、银、铜在内)在构成晶体的时辰,都不会存在“交换交互感化”这类量子效应,是以在这些元素组成的金属当中,各个原子磁场的偏向都是混乱无章的,因而这些原子磁场的叠加结果就出现了“相互抵消”,从而在宏观层面上不表示出磁性,也就不会被磁铁吸引了。 好了,明天我们就先讲到这里,接待大师关注我们,我们下次再会。 (本文部分图片来自收集,若有侵权请与作者联系删除) |
© 2022-2024 企业新闻网 Powered by Discuz! X3.4
本站内容由网友分享或转载自互联网公开内容,如有侵权请反馈到邮箱 1415941@qq.com,我们会在3个工作日内删除,加急删除请添加站长微信:15314649589